JP2023071440A - Particle beam therapy system, irradiation control device, and irradiation control method - Google Patents

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Abstract

To provide a particle beam therapy system that can more accurately control the dose of a particle beam with which a subject is irradiated.SOLUTION: A dose monitor 202 measures the dose of a beam 160. A position monitor 203 measures the beam size of the beam 160. An irradiation control device 108 calculates a measurement characteristic of the dose monitor 202 on the basis of the dose and the beam size of the beam 160, and controls the irradiation of a patient 150 with the beam 160 on the basis of the measurement characteristic and the dose.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本開示は、粒子線治療システム、照射制御装置及び照射制御方法に関する。 The present disclosure relates to a particle beam therapy system, an irradiation control device, and an irradiation control method.

近年、陽子線及び炭素線のような粒子線を患者の腫瘍に照射する粒子線治療が注目されている。粒子線治療では、粒子線が停止する直前に周囲に大線量を付与するブラックピークと呼ばれる現象を用いることにより、X線治療などと比べて、腫瘍の形状に合致した線量分布を容易に形成することができるため、高精度な放射線治療の実現が期待されている。 In recent years, particle beam therapy that irradiates a patient's tumor with particle beams such as proton beams and carbon beams has attracted attention. Compared to X-ray therapy, particle beam therapy uses a phenomenon called a black peak, in which a large dose of radiation is applied to the surrounding area just before the particle beam stops. Therefore, the realization of highly accurate radiotherapy is expected.

粒子線治療では、線形加速器又はシンクロトロンなどを有する加速器系にて加速させた荷電粒子ビーム(以下、単に粒子ビームと称する)を粒子線として照射ノズルまで輸送し、患者体内の腫瘍に向けて照射する。主なビーム照射手法としては、パッシブ法及びスキャニング法が挙げられる。パッシブ法は、散乱体、リッジフィルタ、コリメータ又は患者ボーラスなどを用いてビーム径を拡大することで、粒子ビームの形状を腫瘍の形状に合致させる方法である。スキャニング法は、ペンシルビームと呼ばれる細い粒子ビームの照射方向を照射ノズルと呼ばれる収容体内の走査電磁石にて調整して、腫瘍内に仮想的に設定した複数の微小領域(以下、スポットと称する)のそれぞれを順番に照射することで、粒子ビームを腫瘍全体に照射する方法である。また、スキャニング法には、粒子ビームを停止した状態でスポット間の移動を行うスポットスキャニング法、及び、粒子ビームを照射した状態でスポット間の移動を行うラスタースキャニング法などがある。近年では、複雑な腫瘍形状及びその変化に対応が可能であることから、スキャニング法を採用する施設が増加している。 In particle beam therapy, a charged particle beam (hereinafter simply referred to as a particle beam) accelerated by an accelerator system with a linear accelerator or synchrotron, etc. is transported as a particle beam to an irradiation nozzle and irradiated toward the tumor in the patient's body. do. Main beam irradiation methods include a passive method and a scanning method. The passive method is a method of matching the shape of the particle beam to the shape of the tumor by enlarging the beam diameter using a scatterer, ridge filter, collimator, patient bolus, or the like. The scanning method adjusts the irradiation direction of a thin particle beam called a pencil beam with a scanning electromagnet called an irradiation nozzle inside a container, and creates multiple microscopic areas (hereinafter referred to as spots) virtually set within the tumor. By irradiating each of them in turn, it is a method of irradiating the entire tumor with a particle beam. Scanning methods include a spot scanning method in which spots are moved while the particle beam is stopped, and a raster scanning method in which spots are moved while the particle beam is being irradiated. In recent years, the number of facilities adopting the scanning method is increasing because it is possible to deal with complicated tumor shapes and their changes.

スキャニング法では、照射ノズル内に設置された位置モニタ及び線量モニタにて粒子ビームを監視し、その監視結果に基づいて、スポットごとに照射線量を制御する。位置モニタは、粒子ビームの中心位置及びサイズを測定し、線量モニタは線量の大きさを測定する。照射制御装置は、これらの測定値からスポットに照射された照射線量の積算値である積算線量を計算し、その積算線量がスポットごとに予め設定された目標線量(以下、処方箋と呼ぶ)に到達すると、次のスポットに対するビームの照射に移行する。したがって、腫瘍に対して十分な線量を付与しつつ、周囲の健全な組織の損傷を抑制するためには、位置モニタ及び線量モニタに対して高い測定精度が求められる。 In the scanning method, the particle beam is monitored by a position monitor and dose monitor installed in the irradiation nozzle, and the irradiation dose is controlled for each spot based on the monitoring results. A position monitor measures the center position and size of the particle beam, and a dose monitor measures the dose magnitude. The irradiation control device calculates the integrated dose, which is the integrated value of the irradiation dose irradiated to the spot, from these measured values, and the integrated dose reaches the target dose (hereinafter referred to as the prescription) set in advance for each spot. Then, the next spot is irradiated with the beam. Therefore, high measurement accuracy is required for the position monitor and the dose monitor in order to prevent damage to surrounding healthy tissue while applying a sufficient dose to the tumor.

しかしながら、線量モニタでは、単位時間当たりに検出される線量である線量率が測定精度に影響を与えるという課題が知られている。一般的な線量モニタである電離箱は、複数の電極の間隙を気体又は液体のような流体で満たした容器であり、粒子線が入射されるとその軌跡上で流体が電離することによって陽イオンと電子が発生する。電極間に電圧を印加することで、陽イオンと電子は、それぞれ反対の電極へ移動するため、電極間に短時間だけ電流が流れる。この電流を測定することで線量が計算される。ただし、線量率が上昇するに従って、発生した陽イオンの密度が大きくなるため、陽イオンと電子が電極に到達する前に再結合する割合が増加し、線量モニタにおいて陽イオンと電子とを収集する収集効率が低下する。 However, the dose monitor is known to have a problem that the dose rate, which is the dose detected per unit time, affects the measurement accuracy. An ionization chamber, which is a general dose monitor, is a container in which the gaps between multiple electrodes are filled with a fluid such as gas or liquid. and electrons are generated. By applying a voltage between the electrodes, the cations and electrons move to the opposite electrodes, causing a short current to flow between the electrodes. The dose is calculated by measuring this current. However, as the dose rate increases, the density of generated cations increases, so the rate of recombination of cations and electrons before reaching the electrode increases, and the dose monitor collects cations and electrons. Collection efficiency decreases.

従来の粒子線治療では、線量率が比較的小さいため、線量モニタの収集効率の低下は1%程度であり、線量モニタの線形応答性に対する影響は小さい。しかしながら、近年では、FLASH放射線治療と呼ばれる超高線量率の放射線治療が注目されており、従来よりも高線量率な照射の需要が高まっている。高線量率下では、電離箱の収集効率が数10%程度低下することもあり、その場合には、線量モニタの線形応答性が破綻する。したがって、被検者に付与する線量を高精度に制御するためには、線量モニタの収集効率を把握することが求められる。 In conventional particle beam therapy, since the dose rate is relatively small, the reduction in the collection efficiency of the dose monitor is about 1%, and the influence on the linear responsiveness of the dose monitor is small. However, in recent years, radiation therapy with an ultra-high dose rate called FLASH radiation therapy has attracted attention, and the demand for radiation with a higher dose rate than in the past is increasing. Under a high dose rate, the collection efficiency of the ionization chamber may decrease by several tens of percent, in which case the linear response of the dose monitor will collapse. Therefore, in order to control the dose given to the subject with high accuracy, it is required to grasp the collection efficiency of the dose monitor.

特許文献1には、予め作成されている処方箋に基づいて、電離箱の収集効率を補正する技術が開示されている。この技術では、処方箋に基づいて、治療時に患者に照射されるビームの線量率及びサイズがビームパラメータとして推定される。そのビームパラメータに基づいて、スポットごとに、予め設定された収集効率を補正する補正係数が決定される。 Patent Literature 1 discloses a technique for correcting the collection efficiency of an ionization chamber based on a prescription prepared in advance. In this technique, the dose rate and size of the beam irradiated to the patient during treatment are estimated as beam parameters based on the prescription. Based on the beam parameters, a correction factor is determined for each spot to correct the preset collection efficiency.

特許第6807125号Patent No. 6807125

しかしながら、ビームパラメータは粒子ビームの照射中に変動するため、処方箋に基づいて推定したビームパラメータと実際に照射された粒子ビームのビームパラメータとが一致するとは限らない。特に、高線量率での粒子線照射においては、ビームパラメータの変動は無視できないほど大きい。このため、特許文献1に記載の技術では、線量モニタの収集効率を適切に補正することができず、被検者に照射する粒子ビームの線量を正確に制御することが難しい。 However, since the beam parameters fluctuate during the irradiation of the particle beam, the beam parameters estimated based on the prescription do not necessarily match the beam parameters of the actually irradiated particle beam. In particular, in particle beam irradiation at a high dose rate, the fluctuation of beam parameters is so large that it cannot be ignored. For this reason, the technique described in Patent Document 1 cannot appropriately correct the collection efficiency of the dose monitor, and it is difficult to accurately control the dose of the particle beam irradiated to the subject.

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被検者に照射する粒子ビームの線量をより正確に制御することが可能な粒子線治療システム、照射制御装置及び照射制御方法を提供することを目的とする。 The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and provides a particle beam therapy system, an irradiation control device, and an irradiation control method capable of more accurately controlling the dose of a particle beam irradiated to a subject. for the purpose.

本開示の一態様に従う粒子線治療システムは、粒子ビームを被検者に照射する粒子線治療システムであって、前記粒子ビームの線量を計測する線量モニタと、前記粒子ビームのビームサイズを計測する位置モニタと、前記線量及び前記ビームサイズに基づいて、前記線量モニタの計測特性を補正した計測特性を算出し、前記計測特性及び前記線量に基づいて、前記粒子ビームの前記被検者への照射を制御する照射制御装置と、を有する。 A particle beam therapy system according to an aspect of the present disclosure is a particle beam therapy system that irradiates a subject with a particle beam, comprising a dose monitor that measures the dose of the particle beam, and a beam size of the particle beam that measures calculating a measurement characteristic obtained by correcting the measurement characteristic of the dose monitor based on the position monitor, the dose and the beam size, and irradiating the subject with the particle beam based on the measurement characteristic and the dose and an irradiation control device that controls the

本発明によれば、被検者に照射する粒子ビームの線量をより正確に制御することが可能になる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to control more correctly the dose of the particle beam irradiated to a subject.

本開示の実施例1の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。1 is a diagram showing the overall configuration of a particle beam therapy system according to Example 1 of the present disclosure; FIG. 本開示の実施例1の照射ノズルの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an irradiation nozzle according to Example 1 of the present disclosure; 本開示の実施例1の線量モニタの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the dose monitor of Example 1 of this indication. 本開示の実施例1の位置モニタの構成の一例を示す図である。1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a position monitor according to Example 1 of the present disclosure; FIG. 本開示の実施例1のビームの中心位置及びサイズの算出方法の一例を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining an example of a method of calculating the center position and size of a beam according to the first embodiment of the present disclosure; FIG. 本開示の実施例1の粒子線治療の動作を説明するためのフローチャートである。4 is a flowchart for explaining the operation of particle beam therapy according to Example 1 of the present disclosure; 本開示の実施例1の照射制御システムの構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of an irradiation control system according to Example 1 of the present disclosure; FIG. 本開示の実施例1の監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。6 is a flowchart for explaining an example of monitoring processing according to the first embodiment of the present disclosure; 本開示の実施例1の収集効率テーブルの概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a collection efficiency table according to Example 1 of the present disclosure; 本開示の実施例2の1番目のスポットの決定方法の一例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of a first spot determination method in Example 2 of the present disclosure; 本開示の実施例2の照射制御システムの構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing the configuration of an irradiation control system according to Example 2 of the present disclosure; 本開示の実施例2の監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of monitoring processing according to the second embodiment of the present disclosure; FIG.

以下、本開示の実施例について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

先ず、図1~図9を用いて、本開示の実施例1に係る粒子線治療システム及び照射制御装置ついて説明する。 First, a particle beam therapy system and an irradiation control apparatus according to a first embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 1 to 9. FIG.

図1は、本実施例の粒子線治療システムの全体構成を示す図である。図1に示す粒子線治療システム100は、被検者である患者150に対して粒子ビームであるビーム160を照射するシステムである。本実施例では、粒子線治療システム100は、患者150の体内に仮想的に設定した複数の微小領域であるスポットのそれぞれを順番で照射するスポットスキャニング法又はラスタースキャニング法を使用する。 FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the particle beam therapy system of this embodiment. A particle beam therapy system 100 shown in FIG. 1 is a system that irradiates a beam 160, which is a particle beam, to a patient 150, who is a subject. In this embodiment, the particle beam therapy system 100 uses a spot scanning method or a raster scanning method for sequentially irradiating spots, which are a plurality of virtually minute areas set inside the body of the patient 150 .

粒子線治療システム100は、図1に示すように、加速器系101と、ビーム輸送系102と、照射ノズル103と、治療台104と、治療計画装置105と、全体制御装置106と、加速器・ビーム輸送系制御装置107と、照射制御装置108とを備えている。 The particle beam therapy system 100 includes, as shown in FIG. A transport system control device 107 and an irradiation control device 108 are provided.

加速器系101は、ビーム160を生成して出射する装置群である。図1の例では、加速器系101は、イオン源111と、入射器112と、シンクロトロン加速器113とを有する。イオン源111は、ビーム160の元となる粒子である荷電粒子を生成する。入射器112は、イオン源111にて生成された荷電粒子をシンクロトロン加速器113に入射する。シンクロトロン加速器113は、入射器112から入射された荷電粒子を加速してビーム160を生成して出力する。 Accelerator system 101 is a group of devices that generate and emit beam 160 . In the example of FIG. 1, the accelerator system 101 has an ion source 111 , an injector 112 and a synchrotron accelerator 113 . The ion source 111 produces charged particles, which are the originating particles of the beam 160 . The injector 112 injects the charged particles generated by the ion source 111 into the synchrotron accelerator 113 . The synchrotron accelerator 113 accelerates charged particles injected from the injector 112 to generate and output a beam 160 .

なお、図1に示した加速器系101は、単なる一例であって、この例に限定されるものではない。例えば、加速器系101は、シンクロトロン加速器113の代わりに、サイクロトロン加速器又はシンクロサイクロトロン加速器などを用いた装置群でもよい。 Note that the accelerator system 101 shown in FIG. 1 is merely an example and is not limited to this example. For example, the accelerator system 101 may be a device group using a cyclotron accelerator or a synchrocyclotron accelerator instead of the synchrotron accelerator 113 .

ビーム輸送系102は、加速器系101から出射されたビーム160を照射ノズル103まで輸送する装置群である。ビーム輸送系102は、ビーム経路121と、偏向電磁石122とを有する。ビーム経路121は、ビーム160が経由する経路であり、加速器系101と照射ノズル103とを接続する。ビーム経路121は、真空状態になっている。偏向電磁石122は、ビーム経路121を経由するビームを磁場により偏向して照射ノズル103まで輸送する。ビーム輸送系102は、ビーム160を患者150に照射する照射角度を調整する回転ガントリを有してもよいし、回転ガントリを有していなくてもよい。 The beam transport system 102 is a device group that transports the beam 160 emitted from the accelerator system 101 to the irradiation nozzle 103 . The beam transport system 102 has a beam path 121 and a bending electromagnet 122 . A beam path 121 is a path through which the beam 160 passes, and connects the accelerator system 101 and the irradiation nozzle 103 . Beam path 121 is in a vacuum. The bending electromagnet 122 deflects the beam passing through the beam path 121 with a magnetic field and transports it to the irradiation nozzle 103 . The beam transport system 102 may or may not have a rotating gantry that adjusts the irradiation angle for irradiating the patient 150 with the beam 160 .

照射ノズル103は、ビーム輸送系102から輸送されたビーム160を患者150に照射するための装置と、ビーム160に関するパラメータであるビームパラメータを計測するための装置とを含む装置群を備えた装置収容体である。照射ノズル103のより詳細な構成は、図2を用いて後述する。 The irradiation nozzle 103 includes a device group including a device for irradiating the patient 150 with the beam 160 transported from the beam transport system 102 and a device for measuring beam parameters, which are parameters related to the beam 160. is the body. A more detailed configuration of the irradiation nozzle 103 will be described later using FIG.

治療台104は、患者150を載せるベッドである。治療台104は、全体制御装置106からの指示に基づいて移動することで、患者150の位置及び姿勢(角度)を所望の位置及び姿勢に移動させる。治療台104は、例えば、互いに異なる方向を向いた3つ軸のそれぞれに沿った並進移動と、その3つ軸のそれぞれを回転軸とする回転移動とを含む6軸方向への移動が可能である。 Treatment table 104 is a bed on which patient 150 is placed. The treatment table 104 moves based on instructions from the overall control device 106 to move the position and posture (angle) of the patient 150 to a desired position and posture. The treatment table 104 can move in six axial directions including, for example, translational movement along each of three axes facing in mutually different directions and rotational movement about each of the three axes as a rotation axis. be.

治療計画装置105は、患者150の治療計画を立案して処方箋を作成し、その処方箋を全体制御装置106に送信する。処方箋は、ビーム160を照射するスポットごとに、そのスポットに照射するビーム160の線量の目標値である目標線量を示す。 The treatment planning device 105 draws up a treatment plan for the patient 150 , prepares a prescription, and transmits the prescription to the overall control device 106 . The prescription indicates, for each spot irradiated with the beam 160, a target dose, which is a target value of the dose of the beam 160 irradiated to that spot.

全体制御装置106は、治療台104、治療計画装置105、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108と接続され、治療計画装置105からの処方箋に基づいて、接続された各機器を制御する。 The general control device 106 is connected to the treatment table 104, the treatment planning device 105, the accelerator/beam transport system control device 107, and the irradiation control device 108, and controls each connected device based on the prescription from the treatment planning device 105. do.

加速器・ビーム輸送系制御装置107は、全体制御装置106からの指示に基づいて、加速器系101及びビーム輸送系102を制御する。 The accelerator/beam transport system controller 107 controls the accelerator system 101 and the beam transport system 102 based on instructions from the overall controller 106 .

照射制御装置108は、全体制御装置106からの指示に基づいて、照射ノズル103を制御する。また、照射制御装置108は、照射ノズル103による計測結果を処理して全体制御装置106に転送する。照射制御装置108のより詳細な構成は、図6を用いて後述する。 The irradiation control device 108 controls the irradiation nozzle 103 based on instructions from the overall control device 106 . Further, the irradiation control device 108 processes the measurement results obtained by the irradiation nozzle 103 and transfers them to the overall control device 106 . A more detailed configuration of the irradiation control device 108 will be described later using FIG.

治療計画装置105、全体制御装置106、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び、照射制御装置108は、例えば、中央演算装置(CPU)、メモリ、記憶装置、通信インターフェース装置及びユーザインターフェース(UI)装置などを有するコンピュータシステムにて実現される。これらの各装置は、例えば、メモリに記録されたプログラムを中央演算装置が読み取って実行することで、種々の処理を行う。各装置のプログラムは、単一でもよいし、複数のプログラムに分かれていてもよいし、それらの組み合わせでもよい。また、各装置のプログラムの一部又は全ては専用ハードウェアで実現されてもよいし、モジュール化されてもよい。また、プログラムの一部又は全ては、不図示のプログラム配布サーバ又は外部記憶メディアなどを用いて、各装置にインストールされもよい。また、各装置は、各々が独立した装置で構成され、有線又は無線のネットワークで互いに接続されたものでもよいし、2つ以上の装置が一体化したものでもよい。 The treatment planning device 105, the overall control device 106, the accelerator/beam transport system control device 107, and the irradiation control device 108 include, for example, a central processing unit (CPU), a memory, a storage device, a communication interface device, and a user interface (UI) device. and the like. Each of these devices performs various processes, for example, by having a central processing unit read and execute a program recorded in a memory. Each device may have a single program, may be divided into a plurality of programs, or may be a combination thereof. Also, part or all of the program of each device may be realized by dedicated hardware, or may be modularized. Also, part or all of the program may be installed in each device using a program distribution server (not shown), an external storage medium, or the like. Also, each device may be configured as an independent device and connected to each other via a wired or wireless network, or may be a device in which two or more devices are integrated.

図2は、照射ノズル103の構成例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the irradiation nozzle 103. As shown in FIG.

図2に示す照射ノズル103は、ビーム160を患者150に照射するための照射系200と、照射系200を制御する制御系である線量モニタ制御装置206、位置モニタ制御装置207及び走査電磁石制御装置208を有する。照射系200は、走査電磁石201A及び201Bと、線量モニタ202と、位置モニタ203とを有する。 The irradiation nozzle 103 shown in FIG. 2 includes an irradiation system 200 for irradiating a patient 150 with a beam 160, a dose monitor control device 206 which is a control system for controlling the irradiation system 200, a position monitor control device 207, and a scanning electromagnet control device. 208. The irradiation system 200 has scanning electromagnets 201 A and 201 B, a dose monitor 202 and a position monitor 203 .

なお、照射系200は、必要に応じて、ビーム160のブラックピークをビーム160の進行方向に拡大するリッジフィルタ204と、ビーム160が到達する深さを調整するレンジシフタ205とを有してもよい。 In addition, the irradiation system 200 may have a ridge filter 204 that expands the black peak of the beam 160 in the traveling direction of the beam 160 and a range shifter 205 that adjusts the depth to which the beam 160 reaches, if necessary. .

走査電磁石201A及び201Bは、ビーム160の通過方向に対して直交した平面(2次元方向)にビーム160を走査する走査系である。走査電磁石201A及び201Bにて走査されたビーム160は、患者150内の標的体積151に照射される。標的体積151は、ビーム160を照射する照射領域であり、例えば、粒子線治療システム100が患者150の癌などの腫瘍を治療する場合、腫瘍が存在する腫瘍領域にマージン(照射位置の誤差を考慮した余白領域)を加えた領域となる。ビーム160が照射されるスポットは、標的体積151内に設定される。 The scanning electromagnets 201A and 201B are a scanning system that scans the beam 160 in a plane (two-dimensional direction) perpendicular to the passing direction of the beam 160 . Beam 160 scanned by scanning magnets 201 A and 201 B impinges on target volume 151 within patient 150 . The target volume 151 is an irradiation area irradiated with the beam 160. For example, when the particle beam therapy system 100 treats a tumor such as cancer of the patient 150, a margin (error in the irradiation position is considered) is added to the tumor area where the tumor exists. margin area) is added. The spot irradiated by beam 160 is set within target volume 151 .

線量モニタ202は、各スポットに照射されるビーム160の線量率を測定するためのモニタである。線量モニタ202は、測定結果を示す検出信号を線量モニタ制御装置206に出力する。線量モニタ制御装置206は、線量モニタ202からの検出信号に基づいて各スポットに照射されるビーム160の線量率を算出して照射制御装置108に出力する。 The dose monitor 202 is a monitor for measuring the dose rate of the beam 160 applied to each spot. The dose monitor 202 outputs a detection signal indicating the measurement result to the dose monitor control device 206 . The dose monitor control device 206 calculates the dose rate of the beam 160 irradiated to each spot based on the detection signal from the dose monitor 202 and outputs it to the irradiation control device 108 .

図3は、線量モニタ202の一例を示す図である。図3に示す線量モニタ202は、一般的に用いられる平行平板型の電離箱である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the dose monitor 202. As shown in FIG. The dose monitor 202 shown in FIG. 3 is a generally used parallel plate ionization chamber.

図3に示す平行平板型の電離箱である線量モニタ202は、遮蔽壁301に覆われており、遮蔽壁301には、ビーム160に対する透過率の高いビーム窓302が複数形成されている。ビーム窓302は、具体的には、一方のビーム窓302から侵入したビーム160が他方のビーム窓から出射されるように、遮蔽壁301の互いに対向する位置に形成される。また、遮蔽壁301で囲まれた空間には、1以上の平板状の高圧電極303と、1以上の平板状の集電極304とが平行に並んでいる。図3の例では、線量モニタ202は、1つの高圧電極303と、その高圧電極303を挟んで設けられている2つの集電極304を有する。高圧電極303には、高電圧が印加されており、高圧電極303と集電極304との間には電場が生じている。また、各電極303~304の間は、気体で満たされている。 A dose monitor 202, which is a parallel plate ionization chamber shown in FIG. Specifically, the beam windows 302 are formed at positions facing each other on the shielding wall 301 so that the beam 160 entering from one beam window 302 is emitted from the other beam window. In the space surrounded by the shielding wall 301, one or more flat high-voltage electrodes 303 and one or more flat collector electrodes 304 are arranged in parallel. In the example of FIG. 3, the dose monitor 202 has one high-voltage electrode 303 and two collecting electrodes 304 provided with the high-voltage electrode 303 interposed therebetween. A high voltage is applied to the high voltage electrode 303 and an electric field is generated between the high voltage electrode 303 and the collector electrode 304 . Also, the spaces between the electrodes 303 and 304 are filled with gas.

ビーム窓302を通過して線量モニタ202内に侵入したビーム160は、各電極303~304の間の気体を電離させて陽イオンと電子を発生させる。発生した陽イオン及び電子は各電極303~304の間に生じている電場によって集電極304に移動する。この陽イオン及び電子の移動によって各電極303~304の間に電流305が流れ、線量モニタ制御装置206にて測定される。 The beam 160 passing through the beam window 302 and entering the dose monitor 202 ionizes the gas between the electrodes 303-304 to generate positive ions and electrons. The generated cations and electrons move to the collecting electrode 304 by the electric field generated between the electrodes 303-304. This movement of positive ions and electrons causes current 305 to flow between electrodes 303 and 304 and is measured by dose monitor control device 206 .

ビーム160の線量とイオンの発生量とには比例関係が存在する。このため、線量モニタ制御装置206は、電流305の値に適切な係数を乗算することで、電流305からビーム160の線量率を算出する。なお、線量モニタ制御装置206が算出する線量率は、線量モニタ202の収集効率の変動を考慮していない線量率である補正前線量率である。 A proportional relationship exists between the dose of the beam 160 and the amount of ions generated. Therefore, the dose monitor controller 206 calculates the dose rate of the beam 160 from the current 305 by multiplying the value of the current 305 by an appropriate coefficient. The dose rate calculated by the dose monitor control device 206 is the pre-correction dose rate, which is the dose rate that does not consider the fluctuation of the collection efficiency of the dose monitor 202 .

なお、線量モニタ202は、図3に示した例に限らない。例えば、各電極303~304の間が液体で満たされていてもよいし、空気に開放されてもよい。また、各電極303~304の形状は、平板状に限らず、例えば、共軸円筒形状などでもよい。また、線量モニタ202は、電離箱に限らず、線量率及びビームサイズに応じて計測特性が変化するモニタであればよい。 Note that the dose monitor 202 is not limited to the example shown in FIG. For example, the spaces between the electrodes 303 and 304 may be filled with liquid or may be open to the air. Moreover, the shape of each of the electrodes 303 and 304 is not limited to a flat plate shape, and may be, for example, a coaxial cylindrical shape. Also, the dose monitor 202 is not limited to the ionization chamber, and may be any monitor whose measurement characteristics change according to the dose rate and beam size.

図2の説明に戻る。位置モニタ203は、ビーム160の中心位置及びビームサイズを測定するためのモニタである。位置モニタ203は、測定結果を示す検出信号を位置モニタ制御装置207に出力する。位置モニタ制御装置207は、位置モニタ203から入力された検出信号に基づいて各ビームの中心位置及びビームサイズを演算し、照射制御装置108に出力する。 Returning to the description of FIG. A position monitor 203 is a monitor for measuring the center position and beam size of the beam 160 . Position monitor 203 outputs a detection signal indicating the measurement result to position monitor control device 207 . The position monitor control device 207 calculates the center position and beam size of each beam based on the detection signal input from the position monitor 203 and outputs them to the irradiation control device 108 .

図4は、位置モニタ203の一例を示す図である。図4に示す位置モニタ203は、一般的に用いられるマルチストリップ型電離箱である。 FIG. 4 is a diagram showing an example of the position monitor 203. As shown in FIG. The position monitor 203 shown in FIG. 4 is a commonly used multi-strip ionization chamber.

位置モニタ203であるマルチストリップ型電離箱は、図3に示した線量モニタ202と同様に、遮蔽壁(図示せず)に覆われており、遮蔽壁には、ビーム160に対する透過率の高いビーム窓401が複数形成されている。ビーム窓402は、具体的には、一方のビーム窓402から侵入したビーム160が他方のビーム窓から出射されるように、遮蔽壁の互いに対向する位置に形成される。また、遮蔽壁で囲まれた空間には、1以上の平板状の高圧電極402と、1以上の平板状の集電極403A及び403Bが平行に並んでいる。高圧電極402には、高電圧が印加されており、高圧電極402と集電極403A及び403Bとの間には電場が生じている。また、各電極402、403A及び403Bの間は、気体又は液体などの流体で満たされている。 The multi-strip ionization chamber, which is the position monitor 203, is covered with a shielding wall (not shown) similar to the dose monitor 202 shown in FIG. A plurality of windows 401 are formed. Specifically, the beam windows 402 are formed at positions of the shielding wall facing each other so that the beam 160 entering from one beam window 402 is emitted from the other beam window. In the space surrounded by the shielding wall, one or more flat high-voltage electrodes 402 and one or more flat collector electrodes 403A and 403B are arranged in parallel. A high voltage is applied to the high voltage electrode 402, and an electric field is generated between the high voltage electrode 402 and the collecting electrodes 403A and 403B. Also, spaces between the electrodes 402, 403A and 403B are filled with a fluid such as gas or liquid.

集電極403Aは、面内の一方向(X方向とする)に並列した複数の短冊状の小型集電極で構成され、集電極403Bは、面内におけるX方向とは直交する方向(Y方向とする)に並列した複数の短冊状の小型集電極で構成される。 The collector electrode 403A is composed of a plurality of strip-shaped small collector electrodes arranged in parallel in one in-plane direction (X direction), and the collector electrode 403B is arranged in a direction orthogonal to the X direction in the plane (Y direction). It consists of a plurality of strip-shaped small collector electrodes arranged in parallel with each other.

ビーム窓401を通過して位置モニタ203内に侵入したビーム160は、各電極402~403の間の流体を電離させて陽イオンと電子を発生させる。発生した陽イオン及び電子は、各電極402~403の間に生じている電場によって、近傍の集電極304A又は304Bの各小型集電極に移動する、この陽イオン及び電子の移動によって電流404が発生し、位置モニタ制御装置207にて小型集電極ごとに測定される。これにより、位置モニタ制御装置207は、小型集電極ごとの電流404に基づいて、集電極304A又は304Bの面内方向における2次元的なイオンの発生分布ひいては線量分布を計測することができ、その線量分布からビーム160の中心位置及びビームサイズを算出することができる。 Beam 160 passing through beam window 401 and entering position monitor 203 ionizes the fluid between electrodes 402-403 to generate positive ions and electrons. The generated cations and electrons move to the adjacent small collector electrodes 304A or 304B due to the electric field generated between the electrodes 402-403. Then, the position monitor control device 207 measures each small collecting electrode. As a result, the position monitor control device 207 can measure the two-dimensional ion generation distribution and thus the dose distribution in the in-plane direction of the collector electrode 304A or 304B based on the current 404 for each small collector electrode. The center position and beam size of beam 160 can be calculated from the dose distribution.

図5は、ビーム160の中心位置及びビームサイズを算出する算出方法の一例を説明するための図である。図5において、横軸は、集電極403Aの各小型集電極のX方向の中心位置を示し、縦軸は、電流値を示す。また、図5の各データ点501は、各小型集電極の検出信号にて示される電流値を表す。 FIG. 5 is a diagram for explaining an example of a calculation method for calculating the center position and beam size of the beam 160. FIG. In FIG. 5, the horizontal axis indicates the center position of each small collector electrode of the collector electrode 403A in the X direction, and the vertical axis indicates the current value. Each data point 501 in FIG. 5 represents the current value indicated by the detection signal of each small collecting electrode.

ビーム160の形状がガウス分布に従うと仮定すると、データ点501の分布をガウス関数502で近似したときのピーク位置503及び標準偏差504がそれぞれビーム160の中心位置及びビームサイズとなる。なお、図5では簡単のために1次元分布の例を示したが、実際には、2次元的な線量分布が2次元ガウス関数で近似される。 Assuming that the shape of beam 160 follows Gaussian distribution, peak position 503 and standard deviation 504 when distribution of data points 501 is approximated by Gaussian function 502 are the center position and beam size of beam 160, respectively. Although FIG. 5 shows an example of a one-dimensional distribution for simplicity, in practice, a two-dimensional dose distribution is approximated by a two-dimensional Gaussian function.

なお、ビーム160の中心位置及びビームサイズの算出方法は、上記の例に限定されるものではなく、ビーム160の形状がローレンツ分布に従うと仮定して、線量分布をローレンツ関数で近似してもよい。また、位置モニタ203は、図3に示した例に限らない。例えば、位置モニタ203は、マルチワイヤ型電離箱などでもよい。 Note that the method of calculating the center position and beam size of the beam 160 is not limited to the above example, and assuming that the shape of the beam 160 follows the Lorentzian distribution, the dose distribution may be approximated by the Lorentzian function. . Also, the position monitor 203 is not limited to the example shown in FIG. For example, position monitor 203 may be a multi-wire ionization chamber or the like.

図2の説明に戻る。照射制御装置108は、位置モニタ制御装置207にて算出されたビーム160の中心位置からビーム160の照射位置を算出する。また、照射制御装置108は、線量モニタ制御装置206及び位置モニタ制御装置207から送信されたビームパラメータ(線量率、中心位置及びビームサイズ)に基づいて、線量モニタ202の計測特性である収集効率を算出する。照射制御装置108は、線量モニタ制御装置206にて算出された線量率を収集効率に基づいて補正することで、収集効率の変動を考慮した補正線量率を算出する。 Returning to the description of FIG. The irradiation control device 108 calculates the irradiation position of the beam 160 from the center position of the beam 160 calculated by the position monitor control device 207 . In addition, the irradiation control device 108 calculates the collection efficiency, which is the measurement characteristic of the dose monitor 202, based on the beam parameters (dose rate, center position, and beam size) transmitted from the dose monitor control device 206 and the position monitor control device 207. calculate. The irradiation control device 108 corrects the dose rate calculated by the dose monitor control device 206 based on the collection efficiency, thereby calculating a corrected dose rate in consideration of the fluctuation of the collection efficiency.

次に粒子線治療システム100の動作について説明する。 Next, operation of the particle beam therapy system 100 will be described.

図6は、粒子線治療システム100にて患者150を治療する治療処理の一例を説明するためのフローチャートである。 FIG. 6 is a flowchart for explaining an example of treatment processing for treating a patient 150 with the particle beam therapy system 100. As shown in FIG.

粒子線治療においては、通常、高線量のビーム160が1度に患者150に付与されることで、患者150の正常組織が損傷を受けることを抑制するために、患者150に対してビームを複数回に分けて照射する分割照射が行われる。本実施例では、分割単位は1日であり、分割回数は30である。ただし、分割単位及び分割回数は、これらの例に限るものではない。例えば、分割単位は1日である必要はなく、1日に複数回の治療が行われてもよい。 In particle beam therapy, a plurality of beams are usually applied to the patient 150 in order to prevent normal tissues of the patient 150 from being damaged by applying a high-dose beam 160 to the patient 150 at one time. Division irradiation is performed in which the irradiation is divided into times. In this embodiment, the division unit is one day, and the number of divisions is 30. However, the division unit and the number of divisions are not limited to these examples. For example, the fractional units need not be one day, and multiple treatments may be given per day.

先ず、当日(d日目とする)の治療が開始されると(ステップS601)、治療計画装置105は、治療計画である処方箋を作成する(ステップS602)。dの初期値は1である。 First, when treatment on the current day (day d) is started (step S601), the treatment planning device 105 creates a prescription as a treatment plan (step S602). The initial value of d is one.

ステップS602では、具体的には、治療計画装置105は、先ず、患者150の患部である腫瘍周辺を写した体内画像を読み込み、その体内画像に基づいて、患者150の体表から患部までの厚さの分布を水等価厚比の分布に変換する。体内画像は、例えば、CT(Computed Tomography)検査などによって作成される。水等価厚比は、ビーム160に対して同じエネルギー損失を引き起こす水の厚さと局所的な媒質の厚さとの比であり、ビーム160の停止距離を決定する物理量である。 Specifically, in step S602, the treatment planning apparatus 105 first reads an in-vivo image showing the periphery of the tumor, which is the affected area of the patient 150, and calculates the thickness from the body surface of the patient 150 to the affected area based on the in-vivo image. The thickness distribution is converted to a water equivalent thickness ratio distribution. An in-vivo image is created by, for example, a CT (Computed Tomography) examination. The water equivalent thickness ratio is the ratio of the thickness of water to the thickness of the local medium that causes the same energy loss to the beam 160 and is the physical quantity that determines the stopping distance of the beam 160 .

続いて、治療計画装置105は、体内画像を用いて、ビーム160を照射する3次元的な照射領域である標的体積151の輪郭を決定する。例えば、治療計画装置105は、体内画像を表示して医師などの術者に腫瘍の輪郭を描画させ、その腫瘍の輪郭に予め定められたマージンを付与して標的体積151の輪郭を決定する。 Subsequently, the treatment planning system 105 uses the in-vivo image to determine the outline of the target volume 151, which is the three-dimensional irradiation area for the beam 160 to be irradiated. For example, the treatment planning device 105 displays an in-vivo image, allows an operator such as a doctor to draw the outline of a tumor, adds a predetermined margin to the outline of the tumor, and determines the outline of the target volume 151 .

さらに、治療計画装置105は、処方箋(スポットごとに設定された目標線量)を作成する。具体的には、治療計画装置105は、先ず、標的体積151に対する目標線量を設定する。目標線量は、例えば、術者によって入力される。治療計画装置105は、水等価厚比の分布に基づいて、目標線量を標的体積151に付与するためのスポットの位置及び目標線量を、所定の最適化計算法などを用いて算出することで、処方箋を作成する。治療計画装置105は、処方箋を表示し、その処方箋に対して術者が承認すると、処方箋を全体制御装置106に送信する。 Furthermore, the treatment planning device 105 creates a prescription (a target dose set for each spot). Specifically, treatment planning device 105 first sets a target dose for target volume 151 . A target dose is input, for example, by an operator. The treatment planning apparatus 105 calculates the spot position and the target dose for applying the target dose to the target volume 151 based on the distribution of the water-equivalent thickness ratio, using a predetermined optimization calculation method or the like. create a prescription; The treatment planning device 105 displays the prescription, and when the operator approves the prescription, the treatment planning device 105 transmits the prescription to the general control device 106 .

全体制御装置106は、治療計画装置105からの処方箋に基づいて、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108を制御するための制御指示データをスポットごとに作成して、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108に送信する。送信されたデータは加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108内のメモリ(図示せず)に記憶される。加速器・ビーム輸送系制御装置107に対する制御指示データには、例えば、スポット位置の深さに対応したビームエネルギーに応じて決まる加速器系101及びビーム輸送系102の各電磁石の励磁電流値及び高周波加速空胴に印加する高周波電力値などが含まれる。また、照射制御装置108に対する制御指示データには、目標線量、並びに走査電磁石201A及び201Bの電流値などが含まれる。 Based on the prescription from the treatment planning device 105, the general control device 106 creates control instruction data for each spot to control the accelerator/beam transport system control device 107 and the irradiation control device 108, and controls the accelerator/beam transport. It is transmitted to the system controller 107 and the irradiation controller 108 . The transmitted data is stored in a memory (not shown) in the accelerator/beam transport system controller 107 and the irradiation controller 108 . The control instruction data for the accelerator/beam transport system controller 107 includes, for example, the excitation current value of each electromagnet of the accelerator system 101 and the beam transport system 102 determined according to the beam energy corresponding to the depth of the spot position, and the high-frequency acceleration space. It includes the high frequency power value applied to the barrel. The control instruction data for the irradiation control device 108 includes the target dose, the current values of the scanning electromagnets 201A and 201B, and the like.

以上でステップS602の処理が終了する。なお、処方箋が術者に承認されなかった場合には、目標線量の再設定が行われる。 The process of step S602 ends here. If the prescription is not approved by the operator, the target dose is reset.

その後、患者150を治療台104に載せて体内画像の撮影時と合致するように患者150の位置合わせが行われ、術者から粒子線治療システム100に対してビーム160の照射が指示される(ステップS603)。 After that, the patient 150 is placed on the treatment table 104, and the position of the patient 150 is adjusted so as to coincide with the time when the in-vivo image is taken, and the operator instructs the particle beam therapy system 100 to irradiate the beam 160 ( step S603).

そして、全体制御装置106は、照射対象となるスポット(n番目のスポットとする)への照射開始指示を加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108に送信する(ステップS604)。nの初期値は1である。 Then, the general control device 106 transmits an irradiation start instruction to the spot to be irradiated (assumed to be the n-th spot) to the accelerator/beam transport system control device 107 and the irradiation control device 108 (step S604). The initial value of n is 1.

加速器・ビーム輸送系制御装置107は、照射開始指示を受信すると、メモリに記憶した制御指示データに従ってビーム160の加速を開始する。ビーム160の加速が完了すると、照射制御装置108は、走査電磁石制御装置208を介して走査電磁石201A及び201Bの電流値を変更する。電流値の変更が完了すると、加速器・ビーム輸送系制御装置107は、ビーム160を出射する。出射されたビーム160は、ビーム輸送系102及び照射ノズル103を通過して患者150の標的体積151に照射される。線量モニタ202及び位置モニタ203は、ビーム160のビームパラメータを計測し、照射制御装置108は、ビームパラメータに基づいて、n番目のスポットに対するビーム160の線量を算出する(ステップS605)。 Upon receiving the irradiation start instruction, the accelerator/beam transport system controller 107 starts accelerating the beam 160 according to the control instruction data stored in the memory. After the acceleration of beam 160 is completed, irradiation control device 108 changes the current values of scanning electromagnets 201A and 201B via scanning electromagnet control device 208 . When the change of the current value is completed, the accelerator/beam transport system controller 107 emits the beam 160 . The emitted beam 160 passes through the beam transport system 102 and the irradiation nozzle 103 and is irradiated onto the target volume 151 of the patient 150 . The dose monitor 202 and the position monitor 203 measure beam parameters of the beam 160, and the irradiation control device 108 calculates the dose of the beam 160 for the n-th spot based on the beam parameters (step S605).

その後、線量が目標線量に到達すると、照射制御装置108は、n番目のスポットへのビーム160の照射の終了を示す終了信号を全体制御装置106に送信する。全体制御装置106は、終了信号を受信すると、n番目のスポットへのビーム160の照射を終了する処理である終了処理を実行する(ステップS606)。終了処理は、ビームを停止した状態でスポット間の移動を行うスポットスキャニング法が採用されている場合、ビーム160の照射を停止する処理であり、ビームを照射した状態でスポット間の移動を行うラスタースキャニング法が採用されている場合、次のスポットに対する照射準備に移る処理である。 After that, when the dose reaches the target dose, the irradiation control device 108 sends an end signal to the general control device 106 indicating the end of irradiation of the beam 160 to the nth spot. Upon receiving the end signal, the general controller 106 executes end processing for ending the irradiation of the beam 160 to the n-th spot (step S606). The termination process is a process of stopping the irradiation of the beam 160 when the spot scanning method in which the spots are moved while the beam is stopped is adopted. When the scanning method is employed, this is the process of preparing for irradiation of the next spot.

そして、全体制御装置106は、最後のスポットへのビーム160の照射が終了したか否かを判定する(ステップS607)。 Then, the overall controller 106 determines whether or not irradiation of the last spot with the beam 160 has ended (step S607).

最後のスポットへのビーム160の照射が終了していない場合、全体制御装置106は、nをインクリメントして、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108に対して、次のスポットに対する照射準備を指示し(ステップS608)、ステップS604の処理に戻る。 If irradiation of the beam 160 to the last spot has not been completed, the general controller 106 increments n and instructs the accelerator/beam transport system controller 107 and the irradiation controller 108 to irradiate the next spot. Preparation is instructed (step S608), and the process returns to step S604.

一方、最後のスポットへのビーム160の照射が終了した場合、当日の治療が終了となる。そして、全体制御装置106は、最終日か否かを判断する。最終日でない場合、ステップS601の処理が実行され、最終日の場合、処理が終了される。 On the other hand, when irradiation of the last spot with the beam 160 ends, the treatment for the day ends. Then, the overall control device 106 determines whether it is the last day. If it is not the last day, the process of step S601 is executed, and if it is the last day, the process ends.

なお、照射制御装置108が加速器・ビーム輸送系制御装置107と直接接続され、種々の信号を加速器・ビーム輸送系制御装置107に直接送信するものでもよい。 The irradiation control device 108 may be directly connected to the accelerator/beam transport system controller 107 to directly transmit various signals to the accelerator/beam transport system controller 107 .

以下、図6のステップS604~S606の処理である照射線量の監視処理をより詳細に説明する。 In the following, the irradiation dose monitoring process, which is the process of steps S604 to S606 in FIG. 6, will be described in more detail.

図7は、照射ノズル103及び照射制御装置108を含む照射制御システムの構成例を示す図である。図8は、図7に示した照射制御システムによる監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。以下では、n番目のスポットに対するビーム160の照射を例に説明する FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of an irradiation control system including the irradiation nozzle 103 and the irradiation control device 108. As shown in FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining an example of monitoring processing by the irradiation control system shown in FIG. In the following, the irradiation of the beam 160 to the n-th spot will be described as an example.

図7に示すように線量モニタ制御装置206は、線量モニタ202から出力された電流をパルス信号に変換するI/Fコンバータ702と、I/Fコンバータ702にて変換されたパルス信号に基づいて、線量率を算出するCPU705とを有する。なお、パルス信号のパルス周波数が線量率を表す。位置モニタ制御装置207は、位置モニタ203から出力された電流をパルス信号に変換するI/Fコンバータ704と、I/Fコンバータ704にて変換されたパルス信号に基づいて、ビーム160の中心位置及びビームサイズを算出するCPU706とを有する。 As shown in FIG. 7, the dose monitor control device 206 includes an I/F converter 702 that converts the current output from the dose monitor 202 into a pulse signal, and based on the pulse signal converted by the I/F converter 702, and a CPU 705 for calculating the dose rate. Note that the pulse frequency of the pulse signal represents the dose rate. The position monitor control device 207 includes an I/F converter 704 that converts the current output from the position monitor 203 into a pulse signal, and based on the pulse signal converted by the I/F converter 704, the center position of the beam 160 and and a CPU 706 for calculating the beam size.

また、照射制御装置は、制御指示データ(各スポットの目標線量)を記憶するメモリ701と、CPU707とを有する。また、CPU707は、パルス数をカウントするカウンタ703を有する。 The irradiation control device also has a memory 701 for storing control instruction data (target dose of each spot) and a CPU 707 . The CPU 707 also has a counter 703 that counts the number of pulses.

ステップS604が開始されると、全体制御装置106は、先ず、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108に照射開始指示を送信する(ステップS801)。加速器・ビーム輸送系制御装置107は、照射開始指示を受信すると、メモリに記憶した制御指示データに従ってビーム160を加速して出射する(ステップS803)。 When step S604 is started, the general control device 106 first transmits an irradiation start instruction to the accelerator/beam transport system control device 107 and the irradiation control device 108 (step S801). Upon receiving the irradiation start instruction, the accelerator/beam transport system controller 107 accelerates and emits the beam 160 according to the control instruction data stored in the memory (step S803).

照射制御装置108のCPU707は、照射開始指示を受信してから加速器・ビーム輸送系制御装置107にてビーム160が出射されるまでの間(ステップS801からS803の間)に、ステップS602にてメモリ701に記憶された目標線量のうちn番目のスポットに対応する目標線量を読み込む。本実施例では、線量モニタ202から出力された電流は線量モニタ制御装置206のI/Fコンバータ702にてパルス信号に変換され、そのパルス信号のパルス数が線量を表すため、CPU707は、目標線量をパルスの数で換算した目標パルス数に変換してカウンタ703に設定する(ステップS802)。 The CPU 707 of the irradiation control device 108 stores the memory The target dose corresponding to the n-th spot among the target doses stored in 701 is read. In this embodiment, the current output from the dose monitor 202 is converted into a pulse signal by the I/F converter 702 of the dose monitor control device 206, and the pulse number of the pulse signal represents the dose. is converted into the target number of pulses converted into the number of pulses and set in the counter 703 (step S802).

目標線量を目標パルス数に換算する換算計数は、線量モニタ202及びI/Fコンバータ702を含む線量測定回路の特性に応じて決まる。なお、ステップS802の処理は、1つ前のスポット(n―1番目のスポット)に対するビーム160の照射満了から当該スポットに対する照射開始指示が送信されるまでの間に実施されてもよい。 A conversion factor for converting the target dose to the target number of pulses is determined according to the characteristics of the dose measurement circuit including the dose monitor 202 and I/F converter 702 . Note that the process of step S802 may be performed between the completion of the irradiation of the beam 160 for the previous spot (n−1-th spot) and the transmission of the irradiation start instruction for the spot.

そして、ビーム160が出射されると(ステップS803)、ビーム160の標的体積151への照射中に線量モニタ202及び位置モニタ203にて検出された電流は、それぞれ線量モニタ制御装置206及び位置モニタ制御装置207内のI/Fコンバータ702及び704によってパルス信号に変換される。線量モニタ制御装置206のCPU705は、図3を用いて説明したように、パルス信号からビーム160の線量率を算出して照射制御装置108に送信する。また、位置モニタ制御装置207のCPU706は、図4を用いて説明したように、パルス信号のパルス周波数の2次元分布からビーム160の中心位置及びビームサイズを算出して照射制御装置108に送信する(ステップS804)。なお、電流をパルス信号に変換する変換係数は、上記の目標線量の換算係数と同様に、線量測定回路の特性に応じて決まる定数である。 Then, when the beam 160 is emitted (step S803), the currents detected by the dose monitor 202 and the position monitor 203 during irradiation of the target volume 151 by the beam 160 are applied to the dose monitor controller 206 and the position monitor control unit 206, respectively. It is converted into a pulse signal by I/F converters 702 and 704 in device 207 . The CPU 705 of the dose monitor control device 206 calculates the dose rate of the beam 160 from the pulse signal and transmits it to the irradiation control device 108, as described with reference to FIG. 4, the CPU 706 of the position monitor control device 207 calculates the center position and beam size of the beam 160 from the two-dimensional distribution of the pulse frequency of the pulse signal and transmits them to the irradiation control device 108. (Step S804). The conversion factor for converting the current into the pulse signal is a constant determined according to the characteristics of the dose measuring circuit, like the conversion factor for the target dose.

照射制御装置108のCPU707は、線量率及びビームサイズに基づいて、ビーム160に対する線量モニタ202の収集効率を算出する(ステップS805)。 The CPU 707 of the irradiation control device 108 calculates the collection efficiency of the dose monitor 202 with respect to the beam 160 based on the dose rate and beam size (step S805).

以下、収集効率の算出方法の一例として、理論式に基づく算出方法を説明する。 As an example of the collection efficiency calculation method, a calculation method based on a theoretical formula will be described below.

ビーム160の広がりがガウス分布に従うと仮定すると、ビーム160の中心からの距離rにおけるビーム160のビーム電流密度i(r)は、ビーム160の実際の積算ビーム電流I及びビームサイズσを用いて以下の式1で記述される。なお、距離rは、ビーム160の進行方向に直交する面内の方向の距離である。

Figure 2023071440000002
一方、線量モニタ202にて測定される積算ビーム電流Jは、線量モニタ202内の微小領域におけるビーム電流密度i(r)及び局所収集効率f(r)を用いて以下の式2で表される。
Figure 2023071440000003
Boagの理論によると、局所収集効率f(r)とビーム電流密度i(r)とは、式3で示される関係を有する。
Figure 2023071440000004
ここで、kは2.01×10[V/(m0.50.5)]であり、Vは線量モニタ202に印加する印加電圧であり、dは線量モニタ202の構造によって決定される定数であり、例えば、線量モニタ202が1つの高圧電極303と1つの集電極304とで構成される場合には、高圧電極303と集電極304との間隔である。式1及び式3を式2に代入して積分することで、線量モニタ202全体における収集効率Fは、積算ビーム電流Jの関数として式4で表される。
Figure 2023071440000005
積算ビーム電流Jは、線量モニタ制御装置206にて算出された線量率に一定の係数を積算することで求められ、ビームサイズσは位置モニタ制御装置207にて算出される。したがって、照射制御装置108のCPU707は、これらの値を数4に代入することで、収集効率Fを算出することができる。 Assuming that the divergence of beam 160 follows a Gaussian distribution, the beam current density i(r) of beam 160 at distance r from the center of beam 160 is: is described by Equation 1 of Note that the distance r is the distance in the plane perpendicular to the traveling direction of the beam 160 .
Figure 2023071440000002
On the other hand, the integrated beam current J measured by the dose monitor 202 is expressed by the following equation 2 using the beam current density i(r) and the local collection efficiency f(r) in the minute area within the dose monitor 202. .
Figure 2023071440000003
According to Boag's theory, the local collection efficiency f(r) and the beam current density i(r) have the relationship shown in Eq.
Figure 2023071440000004
where k is 2.01×10 7 [V/(m 0.5 A 0.5 )], V is the applied voltage applied to dose monitor 202, and d is determined by the structure of dose monitor 202. For example, when the dose monitor 202 is composed of one high-voltage electrode 303 and one collector electrode 304 , it is the interval between the high-voltage electrode 303 and the collector electrode 304 . By substituting Equations 1 and 3 into Equation 2 and integrating, the collection efficiency F in the entire dose monitor 202 is expressed as Equation 4 as a function of the integrated beam current J.
Figure 2023071440000005
The integrated beam current J is obtained by multiplying the dose rate calculated by the dose monitor control device 206 by a constant coefficient, and the beam size σ is calculated by the position monitor control device 207 . Therefore, the CPU 707 of the irradiation control device 108 can calculate the collection efficiency F by substituting these values into Equation (4).

なお、上述した収集効率の算出方法は単なる一例であり、この方法に限定されるものではない。例えば、ビーム160の広がりがガウス分布に従うと仮定したが、ビーム160の広がりが積算ビーム電流及びビームサイズに応じて規定される分布である場合、ビーム160の広がりがローレンツ分布などに従うと仮定してもよい。 Note that the method of calculating the collection efficiency described above is merely an example, and the method is not limited to this method. For example, it is assumed that the spread of the beam 160 follows a Gaussian distribution, but if the spread of the beam 160 is a distribution defined according to the integrated beam current and the beam size, it is assumed that the spread of the beam 160 follows a Lorentzian distribution, etc. good too.

また、例えば、収集効率を理論式である式(4)から算出する方法の代わりに、線量率及びビームサイズσと収集効率との関係を示す収集効率テーブルを用いる方法が用いられてもよい。この方法では、照射制御装置108のCPU707は、予め作成した収集効率テーブルを参照することで、収集効率を算出する。 Further, for example, instead of the method of calculating the collection efficiency from the theoretical formula (4), a method using a collection efficiency table showing the relationship between the dose rate and the beam size σ and the collection efficiency may be used. In this method, the CPU 707 of the irradiation control device 108 calculates collection efficiency by referring to a collection efficiency table created in advance.

図9は、収集効率テーブルの一例を示す図である。図9に示す収集効率テーブル900は、行が線量率、列がビームサイズに対応する行列型のテーブルであり、各要素が自身の行及び列に対応する線量率及びビームサイズに応じた収集効率を表す。 FIG. 9 is a diagram showing an example of a collection efficiency table. The collection efficiency table 900 shown in FIG. 9 is a matrix-type table in which rows correspond to dose rates and columns correspond to beam sizes, and each element corresponds to its own row and column. represents

収集効率テーブルの作成方法は、線量率及びビームサイズが既知のビームに対して線量モニタ202による計測を実施し、理想的な線量率と計測した線量率とを比較することで、収取効率を算出する処理を、線量率及びビームサイズを変えながら繰り返し実行する方法などが挙げられる。 The method of creating the collection efficiency table is to perform measurement with the dose monitor 202 for a beam with a known dose rate and beam size, and compare the ideal dose rate with the measured dose rate to obtain the collection efficiency. A method of repeatedly executing the calculation process while changing the dose rate and the beam size can be used.

図7及び図8による動作の説明に戻る。ステップS805の処理が終了すると、照射制御装置108のCPU707は、線量モニタ制御装置206からのパルス信号のパルス周波数に収集効率の逆数を乗算することで、収集効率の変動を考慮した線量率である補正線量率に対応する補正パルス周波数を取得する。CPU707は、カウンタ703を用いて補正パルス周波数を積算することで、n番目のスポットに付与された線量を計測した計測線量を収集効率で補正した補正線量に対応する補正パルス数をカウントする(ステップS806)。 Returning to the description of the operation with reference to FIGS. 7 and 8. FIG. When the process of step S805 is completed, the CPU 707 of the irradiation control device 108 multiplies the pulse frequency of the pulse signal from the dose monitor control device 206 by the reciprocal of the collection efficiency, thereby obtaining a dose rate that takes into consideration the fluctuation of the collection efficiency. Obtain a corrected pulse frequency corresponding to the corrected dose rate. The CPU 707 counts the number of correction pulses corresponding to the correction dose obtained by correcting the measured dose obtained by measuring the dose given to the n-th spot by the collection efficiency by accumulating the correction pulse frequency using the counter 703 (step S806).

照射制御装置108のCPU707は、補正パルス数がメモリ701から読み出した目標パルス数に到達したか否かを判断することで、補正線量が目標線量に到達したか否かを判断する(ステップS807)。補正線量が目標線量に到達していない場合、ステップS804の処理が再び実行され、補正線量が目標線量に到達した場合、照射線量の監視処理が終了され、図6のステップS606の処理が実行される。 The CPU 707 of the irradiation control device 108 determines whether the corrected dose has reached the target dose by determining whether the corrected pulse number has reached the target pulse number read from the memory 701 (step S807). . If the corrected dose has not reached the target dose, the process of step S804 is executed again, and if the corrected dose has reached the target dose, the irradiation dose monitoring process is terminated, and the process of step S606 in FIG. 6 is executed. be.

次に、本実施例の効果を説明する。 Next, the effects of this embodiment will be described.

本実施例によれば、線量モニタ202は、ビーム160の線量を計測する。位置モニタ203は、ビーム160のビームサイズを計測する。照射制御装置108は、ビーム160の線量及びビームサイズに基づいて、線量モニタ202の計測特性を算出し、その計測特性及び線量に基づいて、ビーム160の患者150への照射を制御する。したがって、実際に測定されたビーム160の線量及びビームサイズから算出した線量モニタ202の計測特性に基づいて、ビーム160の患者150への照射が制御されるため、患者150に照射するビーム160の線量をより正確に制御することが可能になる。 According to this embodiment, dose monitor 202 measures the dose of beam 160 . Position monitor 203 measures the beam size of beam 160 . The irradiation control device 108 calculates the measurement characteristics of the dose monitor 202 based on the dose and beam size of the beam 160, and controls irradiation of the beam 160 to the patient 150 based on the measurement characteristics and dose. Therefore, the irradiation of the beam 160 to the patient 150 is controlled based on the measurement characteristics of the dose monitor 202 calculated from the actually measured dose of the beam 160 and the beam size. can be controlled more precisely.

また、本実施例では、照射制御装置108は、計測特性に基づいて、線量を補正した補正線量を算出し、補正線量の積算値が目標線量に到達した場合、ビーム160の照射を終了する処理を実行する。したがって、線量を補正するだけで、目標線量の設定などは従来と同様な処理を行えばよいため、処理系統の変更が不要、つまり既存のハード装置の追加及び変更の必要がなく、追加コストの抑制が可能となる。 Further, in the present embodiment, the irradiation control device 108 calculates a corrected dose by correcting the dose based on the measurement characteristics, and when the integrated value of the corrected dose reaches the target dose, the irradiation of the beam 160 is terminated. to run. Therefore, it is only necessary to correct the dose, and the setting of the target dose can be performed in the same way as before, so there is no need to change the processing system. Suppression becomes possible.

また、本実施例では、線量モニタ202の計測特性として電離箱の収集効率が用いられる。このため、一般的な線量モニタ202を用いることが可能となるため、追加コストの抑制が可能となる。 Also, in this embodiment, the collection efficiency of the ionization chamber is used as the measurement characteristic of the dose monitor 202 . For this reason, it becomes possible to use a general dose monitor 202, which makes it possible to suppress additional costs.

次に、図10~図12を用いて、本開示の実施例2に係る粒子線治療システム及び照射制御装置ついて説明する。以下では、主に実施例1との相違点について説明する。なお、実施例1と同様な構成には同一の符号が付してある。 Next, a particle beam therapy system and an irradiation control device according to a second embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIGS. 10 to 12. FIG. Differences from the first embodiment will be mainly described below. In addition, the same code|symbol is attached|subjected to the structure similar to Example 1. FIG.

実施例2の粒子線治療システム100の全体構成は、図1に示した実施例1の粒子線治療システム100の全体構成と同様である。ただし、本実施例では、照射制御装置108は、線量モニタ202の収集効率に基づいて、線量を補正する代わりに、目標線量を補正した補正目標線量を算出する。照射制御装置108は、線量モニタ202にて計測された線量の積算値が補正目標線量に到達した場合、ビーム160の照射を終了する終了処理を実行する。補正目標線量の算出は、スポットごとに行われ、各スポットの補正目標線量の算出に用いられる収集効率は、当該スポットである照射スポットよりも照射順序が前のスポットである参照スポットに照射したビーム160の線量及びビームサイズに基づいて算出される。本実施例では、各スポットの収集効率は、そのスポットよりも照射順序が1つ前のスポットに照射したビーム160の線量及びビームサイズに基づいて算出される。 The overall configuration of the particle beam therapy system 100 of Example 2 is similar to the overall configuration of the particle beam therapy system 100 of Example 1 shown in FIG. However, in this embodiment, the irradiation control device 108 calculates a corrected target dose by correcting the target dose based on the collection efficiency of the dose monitor 202 instead of correcting the dose. The irradiation control device 108 executes termination processing for terminating the irradiation of the beam 160 when the integrated value of the dose measured by the dose monitor 202 reaches the corrected target dose. Calculation of the corrected target dose is performed for each spot, and the collection efficiency used to calculate the corrected target dose of each spot is the beam irradiated to the reference spot, which is the spot that is earlier in the irradiation order than the irradiation spot, which is the spot. 160 dose and beam size. In this embodiment, the collection efficiency of each spot is calculated based on the dose and beam size of the beam 160 applied to the spot that is one spot earlier in the irradiation order than the spot.

参照スポット及び照射スポットのそれぞれに対するビーム160の特性の差が十分に小さい場合には、本実施例でも収集効率が精度良く算出され、高精度な照射制御が可能となる。例えば、ビームパラメータの周期的な変動スケールが1スポットに対する照射時間よりも長く、隣接スポット間におけるビームパラメータの差異が照射指示と実際の照射との差異よりも小さい場合は、直前のスポットでのビームパラメータの平均値を参照することで、処方箋に基づいて収集効率を算出するよりも精度の良い収集効率を算出することが可能となる。 If the difference in the characteristics of the beam 160 with respect to the reference spot and the irradiation spot is sufficiently small, the collection efficiency can be calculated with high accuracy also in this embodiment, and highly accurate irradiation control becomes possible. For example, if the periodic fluctuation scale of the beam parameters is longer than the irradiation time for one spot and the difference in beam parameters between adjacent spots is smaller than the difference between the irradiation instruction and the actual irradiation, the beam at the immediately preceding spot By referring to the average values of the parameters, it is possible to calculate the collection efficiency with higher accuracy than calculating the collection efficiency based on the prescription.

本実施例における患者150を治療する治療処理の全体フローは、図6を用いて説明した治療処理の全体フローと同様である。ただし、ビーム160を最初に照射する1番目のスポットについては、補正目標線量を算出するためのビーム160の線量及びビームサイズを得ることができないため、照射制御装置108は、ステップS602の処方箋の作成時に、1番目のスポットに対して付与する線量の誤差の治療品質へ与える影響を小さくするための追加処理を実行する。 The overall flow of treatment processing for treating the patient 150 in this embodiment is the same as the overall flow of treatment processing described using FIG. However, for the first spot to be irradiated with the beam 160 first, the dose and beam size of the beam 160 for calculating the corrected target dose cannot be obtained. Occasionally, additional processing is performed to reduce the effect of dose error delivered to the first spot on treatment quality.

追加処理は、標的体積151を分割した複数のスポットから所定の条件を満たすスポットを1番目のスポットとして決定する処理である。例えば、追加処理では、標的体積151に基づいて1番目のスポットが決定される。 The additional process is a process of determining, as the first spot, a spot that satisfies a predetermined condition from a plurality of spots obtained by dividing the target volume 151 . For example, additional processing determines the first spot based on target volume 151 .

図10は、1番目のスポットの一例を示す図である。図10の例では、1番目のスポットが標的体積151の中心に最も近いスポット1001に設定された例である。この場合、スポット1001の近傍には正常組織がない又は少ないと考えられるため、線量の誤差の治療品質に与える影響を小さくすることができる。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the first spot. In the example of FIG. 10 , the first spot is set to the spot 1001 closest to the center of the target volume 151 . In this case, since it is considered that there is no or little normal tissue in the vicinity of the spot 1001, the influence of dose errors on treatment quality can be reduced.

なお、図10に示した1番目のスポットは、単なる一例であって、これに限定されるものではない。例えば、1番目のスポットは、所定の臓器からの距離が一定値以上のスポットなどでもよい。また、任意の方法で設定された1番目のスポットをさらに細かい複数の細分化スポットに分割し、その細分化スポットのいずれかを1番目のスポットとして再設定してもよい。この場合、細分化スポットに対する目標線量を小さくすることが可能となるため、細分化スポットに付与する線量を小さくすることが可能となり、その結果、線量の誤差の治療品質へ与える影響を小さくすることができる。 Note that the first spot shown in FIG. 10 is merely an example, and is not limited to this. For example, the first spot may be a spot whose distance from a predetermined organ is greater than or equal to a certain value. Also, the first spot set by an arbitrary method may be further divided into a plurality of finer subdivision spots, and any of the subdivision spots may be reset as the first spot. In this case, it is possible to reduce the target dose for the subdivided spot, so that the dose given to the subdivided spot can be reduced, and as a result, the influence of the dose error on the treatment quality can be reduced. can be done.

追加処理は、照射制御装置108のプログラムによって自動化されてもよいし、標的体積151及び各スポットを表示するなどして術者に選択させる処理でもよい。 The additional processing may be automated by a program of the irradiation control device 108, or may be processing that allows the operator to select by displaying the target volume 151 and each spot.

以下では、実施例2における照射線量の監視処理(図6のステップS604~S606の処理)をより詳細に説明する。 In the following, the irradiation dose monitoring process (the process of steps S604 to S606 in FIG. 6) in the second embodiment will be described in more detail.

図11は、照射ノズル103及び照射制御装置108を含む照射制御システムの構成例を示す図である。図12は、図11に示した照射制御のシステムによる監視処理の一例を説明するためのフローチャートである。以下では、n番目のスポットに対するビーム160の照射を例に説明する。 FIG. 11 is a diagram showing a configuration example of an irradiation control system including the irradiation nozzle 103 and the irradiation control device 108. As shown in FIG. FIG. 12 is a flowchart for explaining an example of monitoring processing by the irradiation control system shown in FIG. In the following, irradiation of the beam 160 to the n-th spot will be described as an example.

n番目のスポットへの照射開始後、全体制御装置106は、加速器・ビーム輸送系制御装置107及び照射制御装置108に照射開始指示を送信する(ステップS1201)。加速器・ビーム輸送系制御装置107は、照射開始指示を受信すると、メモリに記憶した制御指示データに従ってビーム160を加速して出射する(ステップS1204)。 After starting irradiation of the n-th spot, the overall control device 106 transmits an irradiation start instruction to the accelerator/beam transport system control device 107 and the irradiation control device 108 (step S1201). Upon receiving the irradiation start instruction, the accelerator/beam transport system controller 107 accelerates and emits the beam 160 according to the control instruction data stored in the memory (step S1204).

照射制御装置108のCPU707は、照射開始指示を受信してから加速器・ビーム輸送系制御装置107にてビーム160が出射されるまでの間に、以下のステップS1202~S1203を実行する。 The CPU 707 of the irradiation control device 108 executes the following steps S1202 and S1203 after receiving the irradiation start instruction and before the accelerator/beam transport system control device 107 emits the beam 160 .

先ず、CPU707は、メモリ701に記憶された1つ前のスポット(n-1番目のスポット)に対して照射したビーム160の平均線量率及び平均サイズに基づいて、線量モニタ202の収集効率を算出する(ステップS1202)。平均線量率は、1つ前のスポットに対して照射したビーム160の線量率の平均値であり、平均サイズは、1つ前のスポットに対して照射したビーム160のビームサイズの平均値である。また、平均線量率は、収集効率による補正が行われていない線量率の平均値である。収集効率の算出方法は、実施例1と同様に、理論式(4)を用いた方法でもよいし、図9に示したようなテーブルを用いた方法でもよい。 First, the CPU 707 calculates the collection efficiency of the dose monitor 202 based on the average dose rate and average size of the beam 160 irradiated to the previous spot (n-1th spot) stored in the memory 701. (step S1202). The average dose rate is the average value of the dose rate of the beam 160 irradiated to the previous spot, and the average size is the average value of the beam size of the beam 160 irradiated to the previous spot. . Also, the average dose rate is the average value of dose rates that are not corrected based on the collection efficiency. A method of calculating the collection efficiency may be a method using the theoretical formula (4) as in the first embodiment, or a method using a table as shown in FIG.

なお、n=1の場合、つまり1番目のスポットに対してビーム160を照射する際には、1つ前のスポットに対応する平均線量率及び平均サイズは存在しない。このため、CPU707は、固定値(例えば、1)を収集効率としてもよいし、処方箋から推定される平均線量率及び平均サイズに基づいて収集効率を概算してもよい。 Note that when n=1, that is, when the beam 160 is applied to the first spot, there is no average dose rate and average size corresponding to the previous spot. Therefore, the CPU 707 may set a fixed value (eg, 1) as the collection efficiency, or may approximate the collection efficiency based on the average dose rate and average size estimated from the prescription.

続いて、CPU707は、メモリ701からn番目のスポットの目標線量を読み込み、収集効率に基づいて、目標線量を補正した補正目標線量を算出する。CPU707は、補正目標線量をパルス数で換算した補正目標パルス数に変換してカウンタ703に設定する(ステップS1203)。 Subsequently, the CPU 707 reads the target dose of the n-th spot from the memory 701 and calculates a corrected target dose by correcting the target dose based on the collection efficiency. The CPU 707 converts the corrected target dose into a corrected target pulse number converted into a pulse number and sets it in the counter 703 (step S1203).

そして、ビーム160が出射されると(ステップS1204)、ビーム160の標的体積151への照射中に線量モニタ202及び位置モニタ203にて検出された電流は、それぞれ線量モニタ制御装置206及び位置モニタ制御装置207内のI/Fコンバータ702及び704によってパルス信号に変換されて出力される。照射制御装置108のCPU707は、I/Fコンバータ702から出力されたパルス信号をカウンタ703に送信してパルス数を積算する。つまり、本実施例では、実施例1とは異なり、収集効率による線量率の補正は実施しない。また、位置モニタ制御装置207のCPU706は、I/Fコンバータ702から出力されたパルス信号に基づいて、ビーム160の中心位置及びビームサイズを算出する(ステップS1205)。 Then, when the beam 160 is emitted (step S1204), currents detected by the dose monitor 202 and the position monitor 203 during irradiation of the target volume 151 by the beam 160 are controlled by the dose monitor controller 206 and the position monitor control device, respectively. It is converted into a pulse signal by I/F converters 702 and 704 in the device 207 and output. The CPU 707 of the irradiation control device 108 transmits the pulse signal output from the I/F converter 702 to the counter 703 and integrates the number of pulses. In other words, unlike the first embodiment, the present embodiment does not correct the dose rate based on the collection efficiency. Also, the CPU 706 of the position monitor control device 207 calculates the center position and beam size of the beam 160 based on the pulse signal output from the I/F converter 702 (step S1205).

照射制御装置108のCPU707は、積算したパルス数がメモリ701から読み出したn番目のスポットの補正目標パルス数に到達したか否かを判断することで、n番目のスポットに付与した線量が補正目標線量に到達したか否かを判断する(ステップS1206)。 The CPU 707 of the irradiation control device 108 determines whether or not the accumulated pulse number reaches the correction target pulse number for the n-th spot read from the memory 701, so that the dose applied to the n-th spot reaches the correction target. It is determined whether or not the dose has been reached (step S1206).

線量が補正目標線量に到達していない場合、ステップS1205の処理に戻る。一方、線量が補正目標線量に到達した場合、線量モニタ制御装置206のCPU705は、1番目のスポットへ照射されたビーム160の線量率の平均値を補正前平均線量率として算出して、照射制御装置108のメモリ701に記録する。また、位置モニタ制御装置207のCPU706は、1番目のスポットへ照射されたビーム160のビームサイズの平均値を平均サイズとして算出して、照射制御装置108のメモリ701に記録し(ステップS1207)、処理を終了する。補正前平均線量率及び平均サイズをまとめて平均照射パラメータと呼ぶこともある。また、補正前平均線量率は、便宜上の名称であり、本実施例では、線量率の補正は行われない。 If the dose has not reached the corrected target dose, the process returns to step S1205. On the other hand, when the dose reaches the corrected target dose, the CPU 705 of the dose monitor control device 206 calculates the average value of the dose rate of the beam 160 irradiated to the first spot as the pre-correction average dose rate, and controls the irradiation. Record in memory 701 of device 108 . Further, the CPU 706 of the position monitor control device 207 calculates the average value of the beam sizes of the beam 160 irradiated to the first spot as the average size, and records it in the memory 701 of the irradiation control device 108 (step S1207). End the process. The pre-correction average dose rate and average size may be collectively referred to as an average irradiation parameter. Also, the pre-correction average dose rate is a name for convenience, and the dose rate is not corrected in this embodiment.

以上の動作において、平均照射パラメータ及び収集効率を算出するタイミングは、図12を用いて説明したタイミングに限定されない。例えば、ビーム160の照射が終了する前の所定の時点までに積算したパルス数に基づいて平均照射パラメータが算出されてもよいし、ビーム160の照射終了タイミングから次のスポットへの照射開始タイミングまでの間に収集効率が算出されてもよい。 In the above operation, the timing for calculating the average irradiation parameter and collection efficiency is not limited to the timing described using FIG. For example, the average irradiation parameter may be calculated based on the number of pulses integrated up to a predetermined time before the irradiation of the beam 160 ends, or from the irradiation end timing of the beam 160 to the irradiation start timing of the next spot. The collection efficiency may be calculated between

また、上記の例では、参照スポットは、対象スポットの1つ前のスポットとしたが、この例に限定されない。例えば、照射制御装置108は、ビーム160のビームパラメータの変動動向に基づいて、対象スポットに照射するビーム160とビームパラメータが最も近くなるスポットを参照スポットとして選択してもよい。 Also, in the above example, the reference spot is the spot immediately preceding the target spot, but the present invention is not limited to this example. For example, the irradiation control device 108 may select, as a reference spot, a spot whose beam parameters are closest to those of the beam 160 that irradiates the target spot, based on the fluctuation trend of the beam parameters of the beam 160 .

次に、本実施例の効果を説明する。 Next, the effects of this embodiment will be described.

以上説明したように本実施例によれば、照射制御装置108は、計測特性に基づいて、予め定められた目標線量を補正した補正目標線量を算出し、線量の積算値が補正目標線量に到達した場合、ビーム160の照射を終了する処理を実行する。したがって、実施例1と同様に、目標線量を従来と同様に設定することが可能となるため、処理系統の変更は不要である。従って、既存のハード装置の追加及び変更の必要がなく、追加コストの抑制が可能となる。 As described above, according to the present embodiment, the irradiation control device 108 calculates the corrected target dose by correcting the predetermined target dose based on the measurement characteristics, and the integrated value of the dose reaches the corrected target dose. If so, a process of ending the irradiation of the beam 160 is executed. Therefore, as in the first embodiment, it is possible to set the target dose in the same manner as in the conventional case, so that the processing system does not need to be changed. Therefore, there is no need to add or change existing hardware devices, and additional costs can be suppressed.

また、本実施例では、照射制御装置108は、各スポットに対する補正目標線量を、そのスポットよりも前のスポットに照射したビーム160の線量及びビームサイズに基づいて算出する。このため、ビーム160の線量をリアルタイムで補正する必要がないため、補正に係る処理時間によってビーム160の照射を終了する判断に遅延が生じることを抑制することが可能となり、余分な照射を抑制することが可能となる。 In addition, in this embodiment, the irradiation control device 108 calculates the corrected target dose for each spot based on the dose and beam size of the beam 160 that irradiates the spot before that spot. Therefore, since it is not necessary to correct the dose of the beam 160 in real time, it is possible to suppress the occurrence of a delay in determining whether to end the irradiation of the beam 160 due to the processing time related to the correction, thereby suppressing unnecessary irradiation. becomes possible.

また、本実施例では、照射制御装置108は、各スポットに対する補正目標線量を、そのスポットよりも1つスポットに照射したビーム160の線量及びビームサイズに基づいて算出する。このため、補正目標線量を、ビーム160の特性が最も近いと考えられるビーム160の線量及びビームサイズに基づいて算出することが可能となるため、患者150に照射するビーム160の線量をより正確に制御することが可能になる。 Also, in this embodiment, the irradiation control device 108 calculates the corrected target dose for each spot based on the dose and beam size of the beam 160 that irradiates one spot more than the spot. Therefore, the corrected target dose can be calculated based on the dose and beam size of the beam 160 that are considered to have the closest characteristics to the beam 160. Therefore, the dose of the beam 160 irradiated to the patient 150 can be more accurately determined. control becomes possible.

また、本実施例では、所定の条件を満たすスポットがビーム160を最初に照射する1番目のスポットとして設定される。このため、1番目のスポットにおける照射量の誤差による治療品質への影響を低減することが可能となる。 Also, in this embodiment, a spot that satisfies a predetermined condition is set as the first spot to be irradiated with the beam 160 first. Therefore, it is possible to reduce the influence on treatment quality due to the irradiation amount error in the first spot.

なお、本開示は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる例えば、上記の実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。 It should be noted that the present disclosure is not limited to the above embodiments, and includes various modifications. It is not limited to those having all the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, or to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.

100:粒子線治療システム 101:加速器系 102:ビーム輸送系 103:照射ノズル 104:治療台 105:治療計画装置 106:全体制御装置 107:加速器・ビーム輸送系制御装置 108:照射制御装置 111:イオン源 112:入射器 113:シンクロトロン加速器 121:ビーム経路 122:偏向電磁石 200:照射系
201A、201B:走査電磁石 202:線量モニタ 203:位置モニタ 204:リッジフィルタ 205:レンジシフタ 206:線量モニタ制御装置 207:位置モニタ制御装置 208:走査電磁石制御装置
100: Particle beam therapy system 101: Accelerator system 102: Beam transport system 103: Irradiation nozzle 104: Treatment table 105: Treatment planning device 106: Overall controller 107: Accelerator/beam transport system controller 108: Irradiation controller 111: Ions Source 112: Injector 113: Synchrotron accelerator 121: Beam path 122: Bending electromagnet 200: Irradiation system 201A, 201B: Scanning electromagnet 202: Dose monitor 203: Position monitor 204: Ridge filter 205: Range shifter 206: Dose monitor controller 207 : position monitor control device 208: scanning electromagnet control device

Claims (11)

粒子ビームを被検者に照射する粒子線治療システムであって、
前記粒子ビームの線量を計測する線量モニタと、
前記粒子ビームのビームサイズを計測する位置モニタと、
前記線量及び前記ビームサイズに基づいて、前記線量モニタの計測特性を算出し、前記計測特性及び前記線量に基づいて、前記粒子ビームの前記被検者への照射を制御する照射制御装置と、を有する粒子線治療システム。
A particle beam therapy system that irradiates a subject with a particle beam,
a dose monitor for measuring the dose of the particle beam;
a position monitor for measuring the beam size of the particle beam;
an irradiation control device that calculates measurement characteristics of the dose monitor based on the dose and the beam size, and controls irradiation of the subject with the particle beam based on the measurement characteristics and the dose; particle beam therapy system.
前記照射制御装置は、前記計測特性に基づいて、前記線量を補正した補正線量を算出し、前記補正線量の積算値が目標線量に到達した場合、前記粒子ビームの照射を終了する処理を実行する、請求項1に記載の粒子線治療システム。 The irradiation control device calculates a corrected dose obtained by correcting the dose based on the measurement characteristics, and executes processing for terminating the irradiation of the particle beam when the integrated value of the corrected dose reaches a target dose. , the particle beam therapy system according to claim 1. 前記目標線量は、前記被検者における前記粒子ビームを照射する複数の微小領域のそれぞれに対して予め設定され、
前記照射制御装置は、前記粒子ビームを前記複数の微小領域のそれぞれに対して順番に照射し、前記微小領域のいずれかに照射している前記粒子ビームの前記補正線量が当該微小領域の前記目標線量に到達した場合、当該微小領域への前記粒子ビームの照射を終了する処理を実行する、請求項2に記載の粒子線治療システム。
The target dose is set in advance for each of a plurality of minute regions of the subject to be irradiated with the particle beam,
The irradiation control device sequentially irradiates each of the plurality of micro-regions with the particle beam, and the corrected dose of the particle beam irradiating one of the micro-regions is the target for the micro-region. 3. The particle beam therapy system according to claim 2, wherein when a dose is reached, a process of terminating the irradiation of the particle beam to the minute area is executed.
前記照射制御装置は、前記計測特性に基づいて、予め定められた目標線量を補正した補正目標線量を算出し、前記線量の積算値が前記補正目標線量に到達した場合、前記粒子ビームの照射を終了する処理を実行する、請求項1に記載の粒子線治療システム。 The irradiation control device calculates a corrected target dose obtained by correcting a predetermined target dose based on the measurement characteristics, and restarts irradiation of the particle beam when the integrated value of the dose reaches the corrected target dose. 2. The particle beam therapy system according to claim 1, which executes a termination process. 前記目標線量は、前記被検者における前記粒子ビームを照射する複数の微小領域のそれぞれに対して予め設定され、
前記照射制御装置は、前記粒子ビームを前記複数の微小領域のそれぞれに対して順番に照射し、前記微小領域のいずれかに照射している前記粒子ビームの前記線量が当該微小領域に対する前記補正目標線量に到達した場合、当該微小領域への前記粒子ビームの照射を終了する処理を実行する、請求項4に記載の粒子線治療システム。
The target dose is set in advance for each of a plurality of minute regions of the subject to be irradiated with the particle beam,
The irradiation control device sequentially irradiates the particle beam onto each of the plurality of micro-regions, and the dose of the particle beam irradiating one of the micro-regions is the correction target for the micro-region. 5. The particle beam therapy system according to claim 4, wherein when a dose is reached, a process of terminating the irradiation of the particle beam to the minute region is executed.
前記照射制御装置は、各微小領域に対する前記補正目標線量を、当該微小領域よりも前記ビームの照射を照射する照射順序が前の微小領域に照射した前記粒子ビームの前記線量及び前記ビームサイズに基づいて算出する、請求項5に記載の粒子線治療システム。 The irradiation control device determines the corrected target dose for each micro-region based on the dose and the beam size of the particle beam applied to the micro-region before the micro-region in the order of irradiating the beam irradiation. 6. The particle beam therapy system according to claim 5, which is calculated by 前記照射制御装置は、各微小領域に対する前記補正目標線量を、当該微小領域よりも前記照射順序が1つ前の微小領域に照射した粒子ビームの前記線量及び前記ビームサイズに基づいて算出する、請求項6に記載の粒子線治療システム。 wherein the irradiation control device calculates the corrected target dose for each micro-region based on the dose and the beam size of the particle beam applied to the micro-region that is one step earlier in the irradiation order than the micro-region. Item 7. The particle beam therapy system according to item 6. 前記照射制御装置は、前記粒子ビームが照射される照射領域である標的体積に基づいて、前記粒子ビームを最初に照射する微小領域を決定する、請求項5に記載の粒子線治療システム。 6. The particle beam therapy system according to claim 5, wherein said irradiation control device determines a minute area to be irradiated with said particle beam first based on a target volume which is an irradiation area irradiated with said particle beam. 前記線量モニタは、電離箱であり、
前記計測特性は、前記電離箱の収集効率である、請求項1に記載の粒子線治療システム。
the dose monitor is an ionization chamber;
2. The particle beam therapy system according to claim 1, wherein said measurement characteristic is collection efficiency of said ionization chamber.
被検者に照射する粒子ビームの線量を計測する線量モニタと、前記粒子ビームのビームサイズを計測する位置モニタとに接続された照射制御装置であって、
前記線量及び前記ビームサイズに基づいて、前記線量モニタの計測特性を算出し、
前記計測特性及び前記線量に基づいて、前記粒子ビームの前記被検者への照射を制御する、照射制御装置。
An irradiation control device connected to a dose monitor for measuring the dose of a particle beam irradiated to a subject and a position monitor for measuring the beam size of the particle beam,
calculating measurement characteristics of the dose monitor based on the dose and the beam size;
An irradiation control device that controls irradiation of the subject with the particle beam based on the measurement characteristics and the dose.
粒子ビームを被検者に照射する粒子線治療システムによる照射制御方法であって、
前記粒子ビームの線量を計測し、
前記粒子ビームのビームサイズを計測し、
前記線量及び前記ビームサイズに基づいて、前記線量を計測する計測特性を算出し、
前記計測特性及び前記線量に基づいて、前記粒子ビームの前記被検者への照射を制御する、照射制御方法。

An irradiation control method by a particle beam therapy system that irradiates a subject with a particle beam,
measuring the dose of the particle beam;
measuring the beam size of the particle beam;
calculating a measurement characteristic for measuring the dose based on the dose and the beam size;
An irradiation control method for controlling irradiation of the subject with the particle beam based on the measurement characteristics and the dose.

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